JP2004292261A - Catalytic reactor for fuel reforming system - Google Patents

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JP2004292261A JP2003088520A JP2003088520A JP2004292261A JP 2004292261 A JP2004292261 A JP 2004292261A JP 2003088520 A JP2003088520 A JP 2003088520A JP 2003088520 A JP2003088520 A JP 2003088520A JP 2004292261 A JP2004292261 A JP 2004292261A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalytic reactor which can maintain heat exchanging properties without depending on the variation of operating conditions. <P>SOLUTION: The catalytic reactor is provided with: a catalytic reaction layer 3a causing exothermic reaction by using a reaction gas to be fed; and a refrigerant layer 3b in which a fluid circulates and which is heat-exchangeable with the catalytic reaction layer 3a. The catalytic reactor is further provided with a dryness determination means of determining the dryness of the fluid circulating through the refrigerant layer 3b, in this case a comparing means (S2) of comparing the temperature of steam exhausted from the refrigerant layer 3b detected by a temperature sensor 4 with a prescribed temperature. The catalytic reactor is still further provided with: a dryness control means of controlling the dryness of the fluid on the basis of the determination result of the dryness, in this case a flow rate control valve 2 of controlling the flow rate of the fluid. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料改質システム用の触媒反応装置に関する。特に、触媒反応装置における温度調節に関する。
【0002】
【従来の技術】
発熱反応を生じる触媒反応層を備えた燃料改質システム用の触媒反応装置として、蒸気との熱交換を行って触媒反応層の温度を調整することにより、反応効率を高く維持するものが知られている。
【0003】
水素リッチガス中の一酸化炭素を低減する触媒反応層においては、一酸化炭素低減効率を高めるために、所定の温度範囲で運転する必要がある。一酸化炭素と水分との反応により二酸化炭素と水素とを生成するシフト反応では、この所定の温度範囲は約300℃〜200℃となる。また、一酸化炭素と酸素との反応により二酸化炭素を生成する選択酸化反応では、所定の温度範囲は約200℃〜100℃となる。
【0004】
このような触媒反応装置では、炭化水素燃料を改質して得られた水素リッチガス中の一酸化炭素を低減する触媒反応層を、気液二相状態にある湿り水蒸気との熱交換により温度調節する。これにより、触媒反応層を所定の温度範囲に調整することができ、一酸化炭素低減効率や熱効率を高く維持することができる(例えば、特許文献1、2、参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−163601号公報
【特許文献2】
特開2002−47002号公報
【0006】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記触媒反応装置においては、運転負荷の変動により水蒸気の乾き度が変動し、これにより冷媒層の熱交換特性が急激に変動する場合がある。特に、触媒反応層からの吸熱が不十分となる場合には、反応温度が所定範囲を逸脱する部位が生じてしまう。このため、一酸化炭素低減効率を十分に高く維持するのが困難となる可能性があるという問題点があった。
【0007】
そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、運転負荷の変動によらず、熱交換特性を維持できる触媒反応装置を提供することを目的とする。
【0008】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、供給される反応ガスを用いて発熱反応を生じる触媒反応層と、内部を流体が流通し、前記触媒反応層と熱交換可能な冷媒層と、前記冷媒層を流通する流体の乾き度を判断する乾き度判断手段と、を備える。さらに、前記乾き度の判断結果に基づいて、流体の乾き度を調節する乾き度調節手段と、を備える。
【0009】
または、一酸化炭素を除去可能な触媒反応層と、内部を流体が流通し、前記触媒反応層と熱交換可能な冷媒層と、を備える。前記冷媒層を流通する流体の乾き度を、前記冷媒層が反応効率に適した温度に維持されるように調節する。
【0010】
【作用及び効果】
冷媒層を流通する流体の乾き度を判断し、乾き度の判断結果に基づいて、流体の乾き度を調節する。これにより、運転負荷の変動にかかわらず冷媒層の熱交換特性の安定化することができる。
【0011】
または、冷媒層を流通する流体の乾き度を、触媒反応層が反応効率に適した温度に維持されるように調節する。このように、流体の乾き度を調整することにより熱交換特性を安定化して、触媒反応層の温度を反応に適した温度に維持することができるので、触媒反応層における反応効率を高く維持することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
第1の実施形態に用いる燃料改質システム用の触媒反応装置として、図1に示すような概略構成のCO低減装置1を用いる。ここでは、特に、CO低減装置1を、シフト反応により水素リッチガス中のCOを低減するシフト反応装置とする。
【0013】
水を予熱することにより気液二相状態のHO(以下、湿り水蒸気)を生成する図示しない水予熱装置、図示しない水予熱装置において生成された湿り水蒸気の流量を調節する流量調節弁2を備える。また、水素リッチガス中のCOを低減すると共に水素リッチガスと水蒸気との間で熱交換を行うシフト反応器3、シフト反応器3を流通する水蒸気の圧力を調節する減圧弁5、を備える。さらに、後述するようにシフト反応器3から排出される水蒸気の温度を検出する温度センサ4、CO低減装置1を制御するためのコントローラ20を備える。なお、ここでいう水蒸気は、気液二相状態からなる湿り水蒸気の状態と、気相のみからなる乾き水蒸気の状態と、の両方の状態を含む。
【0014】
シフト反応器3は触媒反応層3aと、これと熱交換可能に配置された冷媒層3bと、から構成する。触媒反応層3aには、約300℃〜200℃においてシフト反応(CO+HO→H+CO)が活性化する触媒を充填する。例えば、触媒Cu/ZnOを充填する。このような触媒反応層3aに水素リッチガスを流通させることにより、水素リッチガス中のCO濃度を低減する。また、冷媒層3bには水蒸気を流通させて、触媒反応層3aにおいて生じるシフト反応に伴う熱を吸収することにより触媒反応層3aを適切な反応温度範囲に調整する。なお、反応温度範囲、触媒の種類については、上記に限定するものではない。
【0015】
次に、このようなCO低減装置1における水素リッチガス系15について説明する。水素リッチガス系15は、シフト反応器3の触媒反応層3aに水素リッチガスを供給する手段を含む水素リッチガスの流通経路とする。
【0016】
図示しない燃料改質装置において、炭化水素系燃料と水蒸気、酸化剤とから水素リッチガスを生成する。例えば、炭化水素系燃料として脱硫ガソリンを、酸化剤として空気を用いる。燃料改質装置において生成された水素リッチガス中には、図示しない燃料電池に備えた白金等の触媒の劣化原因となるCOが含まれている。そこで、図示しない高温シフト反応器において、シフト反応を生じることにより、水素リッチガス中のCOを約2%程度まで低減する。
【0017】
このようにCO濃度を低減した水素リッチガスをCO低減装置1に供給する。水素リッチガスはCO低減装置1のシフト反応器3に備えた触媒反応層3aに供給される。水素リッチガスが触媒反応層3aを流通する際に、さらにシフト反応が生じ、CO濃度を約0.5%程度まで低減する。このとき、シフト反応に伴って熱が生じるが、この熱は冷媒層3bに吸収されるので触媒反応層3aは所定の温度範囲に維持される。
【0018】
シフト反応器3においてCOが低減された水素リッチガスは、さらに図示しない選択酸化反応器に供給される。水素リッチガスが選択酸化反応器を流通する際にCOの選択酸化反応(CO+1/2O→CO)が生じて、水素リッチガス中のCO濃度が約10ppmまで低減される。その後、図示しない燃料電池に供給されて発電に用いられる。
【0019】
次に、CO低減装置1に備えた触媒反応層3aの温度を調節するための水蒸気系17について説明する。ここで、水蒸気系17は、シフト反応器3の冷媒層3bに気液二相状態の湿り水蒸気を供給する手段を含む水蒸気の流通経路とする。
【0020】
図示しない水予熱装置において水蒸気を生成する。このとき、水蒸気は気液二相状態の湿り水蒸気の状態に生成される。生成された湿り水蒸気は、流量調節弁2において流量調節されてからシフト反応器3の冷媒層3bに供給される。ここで、湿り水蒸気の流量を調節する手段としては、流量調節弁2の替わりにポンプを用いても良い。この場合には、ポンプの吐出量を調節することにより湿り水蒸気流量を調節する。
【0021】
湿り水蒸気は冷媒層3bを流通する際に、触媒反応層3aで生じる反応熱を吸収することにより触媒反応層3aの温度を所定の温度範囲に維持する。ここで、冷媒層3bの下流に設置された減圧弁5を調節して冷媒層3b内の水蒸気圧力を調節することにより、水蒸気温度を冷媒として適した温度に調節する。例えば、約1MPaに加圧して、沸点を180℃に上昇させる。これにより、冷媒層3bを流れる湿り水蒸気中の液相のHOが気相に相変化する際の顕熱を用いて、触媒反応層3aを効率良く冷却することができる。このとき、HOが触媒反応層3aから吸収した反応熱により気相のみからなる乾き水蒸気とならないように、図示しない水予熱装置において予熱量を設定しておくことで、水蒸気温度を沸点程度に調整することができる。負荷変動に応じた水素リッチガスの流量の変動、つまり、触媒反応層3aで生じる熱の変動に対しては、流量調節弁2を調整して冷媒層3bを流れる水蒸気の流量を調整することにより、水蒸気が乾き水蒸気の状態となって熱交換効率が低下するのを防ぐ。このとき、後行程において水蒸気を改質反応に用いるため、冷媒層3bから排出される水蒸気中に大量の液相が含まれないように水蒸気流量を調節する。
【0022】
このように触媒反応層3aの温度調節に用いられた水蒸気は、冷媒層3bから減圧弁5を介して燃料改質装置に供給されて、改質反応に用いられる。なお、ここでは図示しない水蒸気生成装置等を備え、流量調節弁2により水蒸気流量を調整することにより、要求される改質反応を行うのに不足する水蒸気分を補っても良い。
【0023】
次に、水蒸気流量の補正方法について、図2のフローチャートを用いて説明する。
【0024】
本実施形態においては、水蒸気流量を補正することにより、水蒸気の乾き度を調整して湿り水蒸気の状態を維持する。水蒸気流量を調節する流量調節弁2の開度αは、基本的には当該運転負荷における標準開度αに基づくが、負荷変動に応じて補正が行われる。ここでは、負荷変動に応じて冷媒層3bから排出される水蒸気の乾き度、ひいては水蒸気の温度が変化するので、これに応じて開度αを調節する。標準開度αは、予め実験等により運転負荷に応じた開度特性を求めておき、これをマップまたは数式化してコントローラ20に記憶させておく。以下、水蒸気流量の補正方法について説明する。
【0025】
ここでは運転負荷に応じた予熱量および水蒸気流量を設定してあるので、運転負荷の変動を検知したら、開度αを運転負荷に応じた基本開度αに設定してから、本制御を運転負荷過渡期の間繰り返し行う。運転負荷過渡期には、水素リッチガスを用いたシフト反応により生じる熱と、冷媒層3bを流通する水蒸気流量とのバランスが崩れる可能性がある。これに対して以下のように流量調節弁2の開度αを補正することにより、冷媒層3b内の水蒸気の乾き度を調整することができる。
【0026】
ステップS1において、温度センサ4により、冷媒層3bから排出される水蒸気の温度検出値Tを読み込む。ここでは、この水蒸気温度の検出値Tの大きさに応じて、冷媒層3b内の水蒸気の乾き度を推定する。ステップS2において検出値Tと目標値Tとの比較を行う。ここで目標値Tは、水蒸気の乾き度が1とならず、かつ、触媒反応層3aの温度を適切な反応温度範囲に調節するための冷媒として適した温度である。なお、乾き度は、蒸気の単位体積当たりの全質量に対する乾き飽和蒸気の占める質量の割合を示すものである。例えば、乾き度が1近傍では、ガスの流れの中を、液滴が噴霧状に流れている噴霧流の状態を示している。乾き度が0近傍では、液の流れの中を気泡が流れている気泡流の状態を示している。水蒸気の乾き度が1になった場合には、水の顕熱による熱の吸収を利用して触媒反応層3aの冷却を行うことができないので、熱吸収効率が急激に低下する。水蒸気による冷却効率を維持するために、目標温度Tを、冷媒層3bの圧力下、ここでは1MPaで、水蒸気が気相と液相の二相流からなり、かつ冷媒として適用できる温度とする。目標値Tは、水の沸点とするのが最も好ましい。
【0027】
また、冷媒層3bから流出した後行程において、水蒸気を燃料改質装置の改質原料として用いることを想定した場合、未気化の水を大量に流出させることはあまり望ましくない。したがって、本実施形態においては、未気化の水を大量に流出させることがないよう、余裕をみて目標値Tを水の沸点よりも僅かに高い温度とする。具体的には、冷媒層3bにおける水の沸点が180℃に設定されているので、目標値Tを190℃とする。
【0028】
ステップS2において、T<Tの場合には、水蒸気の乾き度が小さく未気化の水が大量に存在する可能性があると推定できる。そこで、ステップS3に進み流量調節弁2の開度αを低減する。これにより、冷媒層3bで熱交換を行う水蒸気流量が減少するので、水蒸気が単位流量当たりに吸収する熱量が増大して、未気化の状態の水の存在を低減することができる。これは、例えば運転負荷増大の過渡期に相当する。
【0029】
一方、ステップS2において、T>Tの場合には、水蒸気の乾き度が1となり、水蒸気の加熱温度が過剰となって触媒反応層3aの温度調節が不十分である可能性があると推定できる。水蒸気の乾き度が1となった場合には、水蒸気の熱交換効率が著しく低下するので、触媒反応層3aの冷却を十分行えない場合がある。そこで、ステップS4に進み流量調節弁2の開度αを増大する。これにより、冷媒層3bに供給される水蒸気流量を増大して触媒反応層3aからの熱の吸収を促進することができる。これは、例えば運転負荷減少の過渡期に相当する。
【0030】
一方、ステップS2において、T=Tの場合には、水蒸気の状態が好ましく、また、触媒反応層3aの温度調節も十分に行うことができるので、そのままの開度αを維持する。このように流量調節弁2の開度αを補正したら、本フローを終了する。これは、例えば、運転負荷の変動が緩やかな場合に相当する。
【0031】
上述したような制御を繰り返して行うことで、負荷変動時にも水蒸気温度を制御して水蒸気の乾き度を維持することができる。なお、負荷変動の他の運転条件によっても、水蒸気の乾き度が変化する場合には、上述した制御を燃料改質システム運転中に繰り返し行ってもよい。
【0032】
次に、CO低減装置1、特にシフト反応器3の内部温度分布を示す。図3(a)には従来の内部温度分布を図3(b)には、本実施形態における内部温度分布を示す。
【0033】
従来は、運転条件の変動により、水蒸気の乾き度が1となる領域が冷媒層3b内で大きくなる場合があった。水蒸気が乾いた領域では、熱伝達率が急激に小さくなることから、触媒反応層3aから冷媒層3bへの熱通過が急激に減少する。熱通過が減少する領域では、反応温度が最適な範囲よりも高くなる可能性が生じ、副反応である逆シフト反応(CO+H→CO+HO)の反応速度が大きくなる。このため、CO低減効率を十分に高くすることができない。
【0034】
一方、本実施形態においては、水蒸気が乾いてしまう領域が最小限(T=水の沸点として開度αを補正した場合にはゼロ)となるため、触媒反応層3aから冷媒層3bへの熱通過が高く維持される。これにより、触媒反応層3aの温度が反応に最適な範囲に維持されるため、副反応である逆シフト反応が抑制される。これによりCO低減効率を高くすることができる。
【0035】
次に、本実施形態の効果を説明する。
【0036】
供給される反応ガスを用いて発熱反応を生じる触媒反応層3aと、内部を流体が流通し、触媒反応層3aと熱交換可能な媒層3bと、を備える。冷媒層3bを流通する流体の乾き度を判断する乾き度判断手段と、乾き度の判断結果に基づいて、流体の乾き度を調節する乾き度調節手段と、を備える。これにより、流体の乾き度、ここでは水蒸気の乾き度を所定値に調節することができる。よって水蒸気を湿り水蒸気の状態に設定することができ、冷媒層3bの熱交換特性の安定化を確実にすることができる。また、水蒸気の乾き度が過剰に小さい値となるのを防ぐことで、冷媒層3bから排出される水蒸気内に大量の液相が含まれるのを防ぐことができる。
【0037】
乾き度判断手段として、冷媒層3bから流出する流体温度、ここでは水蒸気温度と、所定温度とを比較することにより流体の乾き度を判断する温度比較手段(S2)を備える。所定温度として、乾き度が1より小さく、かつ、触媒反応層3aを適切な温度に調節することのできる温度を設定する。ここでは、後行程において液状の水分が大量に存在するのを防ぐために、流体の沸点より僅かに大きな値を所定温度とする。これにより、簡単な構成で水蒸気の乾き度を判断することができる。
【0038】
乾き度調節手段として、冷媒層3bから流出する流体温度が、少なくとも流体の相変化温度以上の所定値となるように、流体温度を調節する。このように流体の温度を調整することで、流体の乾き度を適切に調節することができる。
【0039】
このように、水蒸気温度を検出することにより水蒸気の乾き度が適切であるかどうかを判断し、適切でないと判断された場合には、水蒸気温度を調節することにより水蒸気の乾き度を調節する。これにより、簡単な構成で冷媒層3bにおける水蒸気の乾き度が1となる領域を抑制することができ、確実に熱交換特性を安定化することができる。例えば、検出温度が水蒸気の相変化温度になるように水蒸気温度を調節することで、乾き度が1となる領域をゼロとすることができる。
【0040】
温度調節手段として、冷媒層3bを流通する水蒸気流量を調節する流量調節弁2を備える。これにより、簡単な構成で、水蒸気の乾き度を所定値に調節することができ、冷媒層3bの熱交換特性を安定化することができる。
【0041】
触媒反応層3aにおいて、COと水の反応により二酸化炭素と水素を生成する。つまり、CO低減装置1としてシフト反応装置を用いる。これにより、シフト反応の温度調節を適切にすることができ、シフト反応の反応効率を高くすることができる。
【0042】
冷媒層3bを流れる流体として、水素リッチガスの生成原料となる水蒸気を気液二相状態で流通させる。これにより、触媒反応層3aで生じる反応熱が、水素リッチガスの生成原料となる水蒸気に吸収されるので、反応熱の放熱手段が不要となり装置構成を簡単にすることができる。また、改質反応に用いる水蒸気を生成するための熱の一部として、CO低減装置1における反応熱を用いることができるので、システムの熱効率を向上することができる。
【0043】
COを除去可能な触媒反応層3aと、内部を流体、ここでは水蒸気が流通し、触媒反応層3aと熱交換可能な冷媒層3bと、を備え、冷媒層3bを流通する水蒸気の乾き度を、冷媒層3bが反応効率に適した温度に維持されるように調節する。これにより、冷媒層3bの熱交換特性が安定化するように乾き度を調節して、触媒反応層3aの温度をCO低減効率が高く維持されるように調節することができる。
【0044】
次に、第2実施形態について説明する。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【0045】
触媒反応装置の概略構成を図4に示す。触媒反応装置として第1実施形態においてはシフト反応器3を備えたCO低減装置1を用いたのに対して、ここでは選択酸化反応器6を備えるCO低減装置7を用いる。
【0046】
選択酸化反応器6を、触媒反応層6aと、これと熱交換可能に配置された冷媒層6bとから構成する。触媒反応層6aでは、約200℃〜100℃において選択酸化反応(2CO+O→2CO)が活性化する触媒を充填する。例えば、触媒Ru/Alを充填する。なお、反応温度範囲、触媒種類については、上記に限定するものではない。
【0047】
このような構成のCO低減装置7における水素リッチガス系15の構成を説明する。
【0048】
図示しない燃料改質装置において改質反応を生じることにより生成された水素リッチガスは、図示しないシフト反応器に供給され、シフト反応によりCO濃度が0.5%程度まで低減される。その後、空気供給装置により酸化剤としての空気を混入されてから、選択酸化反応器6の触媒反応層6aに供給される。ここで、発熱を伴う選択酸化反応を生じることにより、COを約10ppm程度まで低減する。このときに生じる反応熱が、冷媒層6bに吸収されることにより、触媒反応層6aは所定の温度に維持される。
【0049】
CO濃度が低減された水素リッチガスは、図示しない燃料電池に供給されて、発電反応に用いられる。
【0050】
一方、水蒸気系17については、第1の実施形態と同様である。ただし、ここでは、湿り蒸気を冷媒として適した温度にするため、減圧弁5により調整する冷媒層6bの圧力を第1実施形態より低く設定する。例えば、約0.5MPaに加圧して、沸点を約150℃に設定する。
【0051】
目標値Tは、水の沸点とするのが好ましいが、本実施形態では、後行程に未気化の水を大量に流出したくないので、余裕をみて目標値Tを沸点より僅かに高い温度とする。具体的には、160℃とする。
【0052】
このように構成することで、第1と同様に、図3に示すような温度分布を得ることができる。
【0053】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第1の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【0054】
触媒反応層6aにおいて、COと酸素との反応により、二酸化炭素を生成する。つまりCO低減装置7として、選択酸化反応装置を用いる。これにより、選択酸化反応の温度調節を適切に行うことができ、選択酸化反応の反応効率を高くすることができる。
【0055】
次に、第3の実施形態について説明する。以下、第2の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第2実施形態においては、水蒸気を湿り水蒸気に維持するために水蒸気流量を調整したが、ここでは水蒸気圧力を調整することにより冷媒層6b内の水蒸気の乾き度を調節する。
【0056】
選択酸化反応器6を備えたCO低減装置8を用いる。CO低減装置8の構成を図5に示す。
【0057】
ここでは、水蒸気流量の補正を行わないため、冷媒層6bの上流側に配置した流量調節弁2を省略する。また、冷媒層6bの下流側には、減圧弁5の替わりに圧力調節弁10を備える。冷媒層6bと圧力調節弁10との間には、温度センサ4と圧力センサ9を備える。
【0058】
水蒸気の圧力は、基本的には湿り水蒸気が冷媒として適した温度になる圧力を目標値として、圧力調節弁10の開度βにより調整される。ここでは、例えば0.5MPaに調整する。要求負荷に応じて流通する水蒸気流量が変化するので、要求負荷に応じて常に冷媒層6bが0.5MPa程度になるように基本開度βを設定する。ただし、冷媒層6bの圧力は、温度センサ4の検出値Tに応じて補正を行う。この補正について、図6のフローチャートを用いて説明する。要求負荷に変化があることを検知したら、圧力調節弁10をその要求負荷に応じた基本開度βに設定してから、本フローを開始する。
【0059】
ステップS11において、温度センサ4を用いて冷媒層6bから排出される水蒸気の温度検出値Tを読み込む。ステップS12において、圧力センサ9を用いて水蒸気の圧力検出値Pを読み込む。次にステップS13において、温度検出値Tに対する圧力の目標値Piを読み込む。ここで、目標値Piは、検出値Tにおける水の飽和圧力であり、予め記憶しておく。例えば、温度検出値Tが所定の温度である目標値T(=150℃)であれば、圧力の目標値Piは0.5MPaとなり、補正の必要がない。一方、検出値Tが所定の温度より高い場合には、圧力の目標値Piは0.5MPaより大きくなるので、冷媒層6b内に湿り水蒸気を流通させるためには冷媒層6b内の圧力が高くなるように圧力調節弁10の開度βを補正する必要がある。
【0060】
そこで、ステップS14において検出値Pと、検出温度Tより求めた目標値Piを比較する。P<Piの場合には、水蒸気の乾き度が1であると推定することができ、このときには、水蒸気の冷却効率が低下して触媒反応層6aの温度調整が不十分となっている可能性がある。そこで、ステップS15に進み、圧力調節弁10の開度βを小さくすることにより冷媒層6bの圧力を増大させる。このように、水蒸気の圧力を増加して飽和水蒸気圧に調整することにより、水蒸気温度を所定の温度、ここでは150℃程度に調節することができる。その結果、乾き度が1より小さくなり、水蒸気を気相と液相との二相状態から構成することができ、水蒸気の冷却性能を維持することができる。
【0061】
一方、ステップS14において、P≧Piの場合、すなわち、水蒸気が湿っている状態では、水蒸気温度が冷媒として適切であり、かつ、冷媒性能も維持できていると判断する。つまり、触媒反応層6aの温度調整を十分に行うことができるので、圧力調節弁10の開度βを基本開度βのまま維持する。
【0062】
このような制御フローを負荷変化が生じるたびに繰り返すことにより、冷媒層6b内に、常に乾き度が1より小さい湿り水蒸気を流通させることができる。なお、本フローを所定時間毎(例えば10msec毎)に繰り替えし行う場合には、ステップS14において、検出値Pと目標値Piを比較した際に、P>Piの場合には、開度βを増大することにより冷媒層6b内の圧力を低下する。これにより、水蒸気流内に過剰な液相が生成されるのを防ぎ、下流側で改質反応に用いる水蒸気を確保することができる。また、P=Piの場合には、開度βを維持することにより、冷媒層6b内における水蒸気の乾き度を1より小さい値に維持する。
【0063】
このように制御することで、第2実施形態と同等の温度分布を得ることができる。
【0064】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第2の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【0065】
乾き度判断手段は、冷媒層6bから流出する流体温度に応じて求めた所定圧力と、冷媒層6b内の流体圧力とを比較することにより流体の乾き度を判断する圧力比較手段(S14)を備える。また、乾き度調節手段として、冷媒層6b内の流体圧力を調整する圧力調節弁10を備える。ここでは、温度センサ4により検出した温度検出値Tから圧力目標値Piを求め、これと圧力検出値Pとを比較することにより水蒸気の乾き度を判断する。その判断結果に応じて、水蒸気圧力を調整することにより、水蒸気の乾き度を所定の値に調整する。これにより、水蒸気の流量調節の自由度が小さい場合においても、水蒸気の乾き度を所定値に調節することができ、水蒸気の熱交換特性を安定化することができる。その結果、運転条件に関わらず、CO低減効率を高く維持することができる。
【0066】
なお、本実施形態においては、選択酸化反応器6を、シフト反応器3に置き換えてもよい。
【0067】
次に、第4の実施形態について説明する。以下、第2の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【0068】
ここで用いるCO低減装置11の構成を図7に示す。本実施形態は、第2実施形態における水蒸気流量の補正や、第3の実施形態における水蒸気圧力の補正を行わない場合である。ここでは、水蒸気温度を調整することにより、冷媒層6b内の水蒸気の乾き度を1より小さい値に維持する。
【0069】
選択酸化反応器6の触媒反応層6aを流通した水素リッチガスと、冷媒層6bを流通する以前の水蒸気との間で熱交換を行う熱交換器13を備える。また、図示しない水予熱装置で生成した水蒸気のうち、熱交換器13に流通させる流量割合を設定する三方弁12を備える。図示しない水予熱装置から供給された水蒸気は、一部が熱交換器13に供給され、その他は熱交換器13を迂回する迂回路を流通して、熱交換器13の下流側で合流し、選択酸化反応器6に供給される。選択酸化反応器6の冷媒層6bの下流側には、減圧弁5を備え、冷媒層6b内の圧力を調整可能とする。また、冷媒層6bと減圧弁5との間には、温度センサ4を備え、冷媒層6bから排出される水蒸気温度を検出可能とする。
【0070】
次に、このような構成のCO低減装置11内の水素リッチガス系15および水蒸気系17について説明する。
【0071】
水素リッチガスは、図示しない空気供給装置により流量を調整した空気が混入されてから、選択酸化反応器6の触媒反応層6aに供給される。触媒反応層6aでは、発熱を伴ってCOの選択酸化反応を生じる。触媒反応層6aから流出した水素リッチガスは熱交換器13の水素リッチガス流路内を流通し、水蒸気流路を流れる水蒸気との間で熱交換を行ってから燃料電池に供給される。
【0072】
一方、水蒸気は、図示しない水予熱装置で生成されたら、三方弁12に供給される。三方弁12では、水蒸気が熱交換器13を通過する経路と、熱交換器13を迂回する経路とに分けられる。熱交換器13を通過する水蒸気は、水素リッチガスから熱を吸収し、熱交換器13を迂回した湿り水蒸気と合流した後、冷媒層6bに流入する。三方弁12は、熱交換器13を迂回する流量がゼロの時に開度γを1、迂回しない流量がゼロの時に開度γを0とする。この三方弁12の開度γは、合流した水蒸気の温度を温度センサ4により検出した値に応じて調整する。
【0073】
この三方弁12の開度γの補正方法を、図8に示したフローチャートを用いて説明する。本フローは、運転負荷が変動する負荷過渡期の間、所定時間毎に繰り返し行うことにより、水蒸気の乾き度を1より小さい値に維持する。なお、運転負荷過渡期終了後には、三方弁12の開度γは運転負荷に応じた所定の開度に設定する。
【0074】
ステップS21において、温度センサ4の検出値Tを読み込む。ステップS22において、検出値Tと目標値Tとを比較する。ここで、目標値Tは、水蒸気の乾き度が1とならず、且つ、冷媒として適した温度である。目標値Tは水の沸点とするのが好ましい。ただし、本実施形態では、後行程に未気化の水を大量に流出したくないので、余裕をみて、目標値Tを水の沸点よりも僅かに高い温度としている。具体的には、減圧弁5による加圧、例えば約0.5MPaにおける沸点約150℃より僅かに高い160℃としている。
【0075】
ステップS22において、T<Tと判断されたら、水蒸気の乾き度が小さく、未気化の水が大量に存在する可能性があるので、ステップS23に進み、開度γを増大する。これにより、熱交換器13を流通する水蒸気の割合を増大して、水蒸気温度を高くする。その結果、未気化の水を低減することができ、水蒸気を燃料改質反応に用いることができる。これは、例えば運転負荷増大の過渡期に相当する。
【0076】
一方、ステップS22において、T>Tと判断されたら、水蒸気の乾き度が1であり、水蒸気の冷却性能が低下していると判断する。つまり、水蒸気の過熱度が過剰であり、触媒反応層6aの温度調整が不十分である可能性がある。そこで、三方弁12の開度γを低減して熱交換器13を流通する水蒸気の割合を低減することにより水蒸気温度を低下させる。これは、例えば運転負荷減少の過渡期に相当する。
【0077】
一方、ステップS22において、T=Tと判断されたら、ステップS25に進む。このとき、冷媒層6bを流通する水蒸気の温度および乾き度の状態は適切であると判断し、三方弁12の開度γを維持する。これは、例えば運転負荷の変動が緩やかな場合に相当する。
【0078】
このように三方弁12の開度γを調整することにより、冷媒層6bを流通する水蒸気温度を調整したら、本フローを終了する。このような制御を繰り返し行うことにより、水蒸気を冷媒に適した温度に維持できると共に、冷媒層6b内の水蒸気の乾き度を1より小さく維持することができる。
【0079】
なお、本実施形態の温度分布は、第2実施形態と同様に示すことができる。
【0080】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第2実施形態と異なる部分のみを説明する。
【0081】
温度調節手段として、冷媒層6bに流入する流体を加熱する加熱手段を備える。これにより、流体の流量や圧力の調節自由度が小さい場合においても、流体の乾き度を所定値に調節することができ、冷媒層6bの熱交換特性を安定化することによりCO低減効率を維持することができる。
【0082】
ここでは、加熱手段として、冷媒層6bを流通する流体と水素リッチガスとの間で熱交換を行う熱交換器13と、流体が熱交換器13を迂回する割合を調節する三方弁12と、を備える。これにより、熱交換器13を流通する水蒸気流量を調節することができ、水蒸気の加熱量を所定値に調節することができる。その結果、水蒸気の乾き度の調節を確実に行うことができるので、CO低減効率を高効率に維持することができる。
【0083】
なお、本実施形態においては、冷媒として水蒸気を用いたが、他の流体を用いることもできる。例えば、改質原料である炭化水素系燃料を用いてもよい。または、他の冷媒と触媒反応層3aとの間で熱交換を行い、さらに冷媒と改質原料との間で熱交換を行ってもよい。
【0084】
このように、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に用いる触媒反応装置の概略構成図である。
【図2】第1の実施形態における水蒸気流量制御のフローチャートである。
【図3】第1の実施形態における内部温度分布を示す図である。
【図4】第2の実施形態に用いる触媒反応装置の概略構成図である。
【図5】第3の実施形態に用いる触媒反応装置の概略構成図である。
【図6】第3の実施形態における水蒸気流量制御のフローチャートである。
【図7】第4の実施形態に用いる触媒反応装置の概略構成図である。
【図8】第4の実施形態における水蒸気流量制御のフローチャートである。
【符号の説明】
2 流量調節弁(流量調節手段)
3 シフト反応器
3a 触媒反応層
3b 冷媒層
6 選択酸化反応器
6a 触媒反応層
6b 冷媒層
10 圧力調節弁(圧力調節手段)
12 三方弁(流量割合調節手段)
13 熱交換器(熱交換手段)
S2、S22 ・・・温度比較手段
S14・・・圧力比較手段
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a catalytic reactor for a fuel reforming system. In particular, it relates to temperature control in a catalytic reactor.
[0002]
[Prior art]
As a catalytic reaction device for a fuel reforming system having a catalytic reaction layer that generates an exothermic reaction, one that maintains high reaction efficiency by adjusting the temperature of the catalytic reaction layer by performing heat exchange with steam is known. ing.
[0003]
In the catalytic reaction layer for reducing carbon monoxide in the hydrogen-rich gas, it is necessary to operate in a predetermined temperature range in order to increase the carbon monoxide reduction efficiency. In the shift reaction in which carbon dioxide and hydrogen are generated by the reaction between carbon monoxide and moisture, the predetermined temperature range is about 300 ° C to 200 ° C. In a selective oxidation reaction in which carbon dioxide is generated by a reaction between carbon monoxide and oxygen, a predetermined temperature range is about 200 ° C to 100 ° C.
[0004]
In such a catalytic reactor, the temperature of a catalytic reaction layer that reduces carbon monoxide in a hydrogen-rich gas obtained by reforming hydrocarbon fuel is controlled by heat exchange with wet steam in a gas-liquid two-phase state. I do. Thus, the temperature of the catalyst reaction layer can be adjusted to a predetermined temperature range, and the carbon monoxide reduction efficiency and the thermal efficiency can be maintained high (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-163601 A
[Patent Document 2]
JP 2002-47002 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned catalytic reaction device, the dryness of steam varies due to the variation in the operating load, and the heat exchange characteristics of the refrigerant layer may fluctuate rapidly. In particular, when the endothermic heat from the catalytic reaction layer is insufficient, there are portions where the reaction temperature deviates from a predetermined range. For this reason, there has been a problem that it may be difficult to maintain the carbon monoxide reduction efficiency sufficiently high.
[0007]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a catalytic reactor capable of maintaining heat exchange characteristics regardless of a change in an operating load.
[0008]
[Means for solving the problem]
The present invention provides a catalyst reaction layer that generates an exothermic reaction using a supplied reaction gas, a fluid layer in which a fluid flows, and a heat exchange layer with the catalyst reaction layer, and a fluid layer that flows through the refrigerant layer. Dryness determination means for determining the degree. The apparatus further includes a dryness adjusting unit that adjusts the dryness of the fluid based on the dryness determination result.
[0009]
Alternatively, it includes a catalytic reaction layer capable of removing carbon monoxide, and a refrigerant layer through which a fluid flows and capable of exchanging heat with the catalytic reaction layer. The degree of dryness of the fluid flowing through the refrigerant layer is adjusted so that the refrigerant layer is maintained at a temperature suitable for the reaction efficiency.
[0010]
[Action and effect]
The dryness of the fluid flowing through the refrigerant layer is determined, and the dryness of the fluid is adjusted based on the determination result of the dryness. This makes it possible to stabilize the heat exchange characteristics of the refrigerant layer irrespective of fluctuations in the operating load.
[0011]
Alternatively, the dryness of the fluid flowing through the refrigerant layer is adjusted so that the catalyst reaction layer is maintained at a temperature suitable for the reaction efficiency. As described above, by adjusting the dryness of the fluid, the heat exchange characteristics can be stabilized, and the temperature of the catalyst reaction layer can be maintained at a temperature suitable for the reaction, so that the reaction efficiency in the catalyst reaction layer is maintained at a high level. be able to.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As a catalytic reaction device for a fuel reforming system used in the first embodiment, a CO reduction device 1 having a schematic configuration as shown in FIG. 1 is used. Here, in particular, the CO reduction device 1 is a shift reaction device that reduces CO in the hydrogen-rich gas by a shift reaction.
[0013]
By preheating water, H in gas-liquid two-phase state 2 The apparatus includes a water preheating device (not shown) that generates O (hereinafter, wet steam), and a flow control valve 2 that controls the flow rate of wet steam generated by the water preheating device (not shown). The shift reactor 3 for reducing CO in the hydrogen-rich gas and performing heat exchange between the hydrogen-rich gas and steam, and a pressure reducing valve 5 for adjusting the pressure of steam flowing through the shift reactor 3 are provided. Further, as will be described later, a temperature sensor 4 for detecting the temperature of steam discharged from the shift reactor 3 and a controller 20 for controlling the CO reduction device 1 are provided. Here, the term “water vapor” includes both a state of wet vapor composed of a gas-liquid two-phase state and a state of dry vapor composed of only a gas phase.
[0014]
The shift reactor 3 is composed of a catalyst reaction layer 3a and a refrigerant layer 3b arranged so as to be able to exchange heat with the catalyst reaction layer 3a. In the catalyst reaction layer 3a, a shift reaction (CO + H) is performed at about 300 ° C. to 200 ° C. 2 O → H 2 + CO 2 ) Is charged with a catalyst to be activated. For example, the catalyst Cu / ZnO is filled. By flowing a hydrogen-rich gas through such a catalytic reaction layer 3a, the CO concentration in the hydrogen-rich gas is reduced. The catalyst layer 3a is adjusted to an appropriate reaction temperature range by flowing steam through the refrigerant layer 3b and absorbing heat accompanying the shift reaction generated in the catalyst reaction layer 3a. The reaction temperature range and the type of catalyst are not limited to the above.
[0015]
Next, the hydrogen-rich gas system 15 in the CO reduction device 1 will be described. The hydrogen-rich gas system 15 serves as a hydrogen-rich gas flow path including a means for supplying the hydrogen-rich gas to the catalyst reaction layer 3a of the shift reactor 3.
[0016]
In a fuel reformer (not shown), a hydrogen-rich gas is generated from the hydrocarbon fuel, steam, and oxidant. For example, desulfurized gasoline is used as a hydrocarbon fuel, and air is used as an oxidant. The hydrogen-rich gas generated in the fuel reformer contains CO that causes deterioration of a catalyst such as platinum provided in a fuel cell (not shown). Therefore, in a high-temperature shift reactor (not shown), a shift reaction is caused to reduce CO in the hydrogen-rich gas to about 2%.
[0017]
The hydrogen-rich gas having the reduced CO concentration is supplied to the CO reduction device 1. The hydrogen-rich gas is supplied to the catalytic reaction layer 3a provided in the shift reactor 3 of the CO reduction device 1. When the hydrogen-rich gas flows through the catalyst reaction layer 3a, a shift reaction further occurs, and the CO concentration is reduced to about 0.5%. At this time, heat is generated along with the shift reaction, but this heat is absorbed by the refrigerant layer 3b, so that the catalytic reaction layer 3a is maintained in a predetermined temperature range.
[0018]
The hydrogen-rich gas in which CO has been reduced in the shift reactor 3 is further supplied to a selective oxidation reactor (not shown). When the hydrogen-rich gas flows through the selective oxidation reactor, the selective oxidation reaction of CO (CO + 1 / 2O) 2 → CO 2 ) Occurs, and the CO concentration in the hydrogen-rich gas is reduced to about 10 ppm. Thereafter, it is supplied to a fuel cell (not shown) and used for power generation.
[0019]
Next, the steam system 17 for adjusting the temperature of the catalytic reaction layer 3a provided in the CO reduction device 1 will be described. Here, the steam system 17 is a steam flow path including means for supplying gas-liquid two-phase wet steam to the refrigerant layer 3b of the shift reactor 3.
[0020]
Steam is generated in a water preheating device (not shown). At this time, the water vapor is generated in a wet vapor state in a gas-liquid two-phase state. The generated wet steam is supplied to the refrigerant layer 3b of the shift reactor 3 after the flow rate is adjusted by the flow rate adjusting valve 2. Here, as means for adjusting the flow rate of the wet steam, a pump may be used instead of the flow rate control valve 2. In this case, the flow rate of the wet steam is adjusted by adjusting the discharge amount of the pump.
[0021]
The moist steam absorbs reaction heat generated in the catalyst reaction layer 3a when flowing through the refrigerant layer 3b, thereby maintaining the temperature of the catalyst reaction layer 3a in a predetermined temperature range. Here, the steam pressure in the coolant layer 3b is adjusted by adjusting the pressure reducing valve 5 provided downstream of the coolant layer 3b, so that the steam temperature is adjusted to a temperature suitable as a coolant. For example, the pressure is increased to about 1 MPa to raise the boiling point to 180 ° C. Thereby, the H of the liquid phase in the wet steam flowing through the refrigerant layer 3b is 2 The catalytic reaction layer 3a can be efficiently cooled using sensible heat when O changes into a gas phase. At this time, H 2 By setting the amount of preheating in a water preheating device (not shown) so that O does not become dry steam consisting only of a gas phase due to reaction heat absorbed from the catalyst reaction layer 3a, the steam temperature can be adjusted to about the boiling point. it can. With respect to the fluctuation of the flow rate of the hydrogen-rich gas according to the load fluctuation, that is, the fluctuation of the heat generated in the catalyst reaction layer 3a, the flow rate of the steam flowing through the refrigerant layer 3b is adjusted by adjusting the flow rate control valve 2; This prevents the steam from being dried and becoming a steam state, thereby reducing the heat exchange efficiency. At this time, since the steam is used for the reforming reaction in the subsequent process, the steam flow rate is adjusted so that a large amount of the liquid phase is not contained in the steam discharged from the refrigerant layer 3b.
[0022]
The steam used for controlling the temperature of the catalytic reaction layer 3a is supplied from the refrigerant layer 3b to the fuel reformer via the pressure reducing valve 5, and used for the reforming reaction. Here, a steam generation device or the like (not shown) may be provided, and the steam flow rate may be adjusted by the flow rate control valve 2 so as to compensate for the shortage of steam for performing the required reforming reaction.
[0023]
Next, a method for correcting the steam flow rate will be described with reference to the flowchart in FIG.
[0024]
In the present embodiment, the state of wet steam is maintained by adjusting the steam dryness by correcting the steam flow rate. The opening α of the flow control valve 2 for adjusting the steam flow rate is basically the standard opening α at the operating load. 0 , But is corrected according to the load fluctuation. Here, the degree of dryness of the steam discharged from the refrigerant layer 3b and, consequently, the temperature of the steam change according to the load change, and the opening α is adjusted accordingly. Standard opening α 0 In advance, the opening degree characteristic corresponding to the operating load is obtained in advance through experiments or the like, and this is made into a map or a mathematical expression and stored in the controller 20. Hereinafter, a method of correcting the steam flow rate will be described.
[0025]
Here, since the preheating amount and the steam flow rate according to the operating load are set, when a change in the operating load is detected, the opening α is changed to the basic opening α according to the operating load. 0 After this setting, this control is repeatedly performed during the operating load transition period. During the transition period of the operation load, the balance between the heat generated by the shift reaction using the hydrogen-rich gas and the flow rate of the steam flowing through the refrigerant layer 3b may be lost. In contrast, by correcting the opening α of the flow control valve 2 as described below, the dryness of the steam in the refrigerant layer 3b can be adjusted.
[0026]
In step S1, the temperature sensor 4 reads a temperature detection value T of water vapor discharged from the refrigerant layer 3b. Here, the dryness of the steam in the refrigerant layer 3b is estimated according to the magnitude of the detected value T of the steam temperature. In step S2, the detected value T and the target value T 0 Compare with. Where the target value T 0 Is a temperature suitable for a refrigerant for adjusting the temperature of the catalytic reaction layer 3a to an appropriate reaction temperature range, in which the dryness of steam does not become 1. The dryness indicates the ratio of the mass of the dry saturated steam to the total mass of the steam per unit volume. For example, when the dryness is close to 1, it indicates a state of a spray flow in which droplets are flowing in a spray state in a gas flow. When the dryness is near 0, it indicates a bubble flow state in which bubbles are flowing in the liquid flow. When the dryness of the steam becomes 1, the heat absorption by the sensible heat of water cannot be used to cool the catalytic reaction layer 3a, so that the heat absorption efficiency is rapidly reduced. In order to maintain the cooling efficiency by steam, the target temperature T 0 At a pressure of the refrigerant layer 3b, 1 MPa in this case, at a temperature at which water vapor consists of a two-phase flow of a gas phase and a liquid phase and can be used as a refrigerant. Target value T 0 Is most preferably the boiling point of water.
[0027]
Further, when it is assumed that steam is used as a reforming raw material of the fuel reformer in the process after flowing out of the refrigerant layer 3b, it is not desirable to discharge a large amount of unvaporized water. Therefore, in the present embodiment, the target value T is set with a margin so as to prevent a large amount of unvaporized water from flowing out. 0 To a temperature slightly higher than the boiling point of water. Specifically, since the boiling point of water in the refrigerant layer 3b is set to 180 ° C., the target value T 0 To 190 ° C.
[0028]
In step S2, T <T 0 In the case of, it can be estimated that the degree of dryness of steam is small and a large amount of unvaporized water may be present. Therefore, the process proceeds to step S3, in which the opening α of the flow control valve 2 is reduced. Thereby, the flow rate of steam for performing heat exchange in the refrigerant layer 3b is reduced, so that the amount of heat absorbed by the steam per unit flow rate is increased, and the presence of unvaporized water can be reduced. This corresponds to, for example, a transition period in which the operating load increases.
[0029]
On the other hand, in step S2, T> T 0 In the case of (1), it can be estimated that the degree of drying of the steam becomes 1, and the heating temperature of the steam becomes excessive, and the temperature control of the catalytic reaction layer 3a may be insufficient. When the dryness of the steam becomes 1, the heat exchange efficiency of the steam is remarkably reduced, so that the catalyst reaction layer 3a may not be sufficiently cooled. Therefore, the process proceeds to step S4, and the opening α of the flow control valve 2 is increased. Thereby, the absorption of heat from the catalytic reaction layer 3a can be promoted by increasing the flow rate of steam supplied to the refrigerant layer 3b. This corresponds to, for example, a transition period in which the operating load decreases.
[0030]
On the other hand, in step S2, T = T 0 In this case, the state of steam is preferable, and the temperature of the catalytic reaction layer 3a can be sufficiently adjusted, so that the opening degree α is maintained as it is. After correcting the opening degree α of the flow control valve 2 in this way, the present flow is terminated. This corresponds to, for example, a case where the fluctuation of the operation load is gentle.
[0031]
By repeatedly performing the above-described control, the steam temperature can be controlled even when the load changes, and the dryness of the steam can be maintained. If the dryness of steam changes due to other operating conditions of load fluctuation, the above-described control may be repeatedly performed during the operation of the fuel reforming system.
[0032]
Next, the internal temperature distribution of the CO reduction device 1, particularly the shift reactor 3, will be described. FIG. 3A shows a conventional internal temperature distribution, and FIG. 3B shows an internal temperature distribution in the present embodiment.
[0033]
Conventionally, a region where the degree of dryness of steam is 1 becomes large in the refrigerant layer 3b due to a change in operating conditions. In a region where the water vapor is dry, the heat transfer coefficient is sharply reduced, so that the heat passage from the catalytic reaction layer 3a to the refrigerant layer 3b is sharply reduced. In the region where heat transfer is reduced, the reaction temperature may be higher than the optimal range, and the side reaction, the reverse shift reaction (CO 2 2 + H 2 → CO + H 2 The reaction rate of O) increases. Therefore, the CO reduction efficiency cannot be sufficiently increased.
[0034]
On the other hand, in the present embodiment, the region where the water vapor dries is minimized (T 0 = Zero when the opening α is corrected as the boiling point of water), so that the heat passage from the catalytic reaction layer 3a to the refrigerant layer 3b is maintained high. Thereby, the temperature of the catalyst reaction layer 3a is maintained in an optimum range for the reaction, so that the reverse shift reaction, which is a side reaction, is suppressed. Thereby, the CO reduction efficiency can be increased.
[0035]
Next, effects of the present embodiment will be described.
[0036]
A catalytic reaction layer 3a that generates an exothermic reaction using the supplied reaction gas, and a medium layer 3b through which a fluid flows and that can exchange heat with the catalytic reaction layer 3a. The apparatus includes dryness determining means for determining the dryness of the fluid flowing through the refrigerant layer 3b, and dryness adjusting means for adjusting the dryness of the fluid based on the determination result of the dryness. Thereby, the dryness of the fluid, here the dryness of the steam, can be adjusted to a predetermined value. Therefore, the steam can be set to a wet steam state, and the heat exchange characteristics of the refrigerant layer 3b can be stabilized. Further, by preventing the dryness of the steam from becoming an excessively small value, it is possible to prevent a large amount of the liquid phase from being included in the steam discharged from the refrigerant layer 3b.
[0037]
As the dryness determining means, a temperature comparing means (S2) for determining the dryness of the fluid by comparing the temperature of the fluid flowing out of the refrigerant layer 3b, here the steam temperature, with a predetermined temperature is provided. As the predetermined temperature, a temperature at which the dryness is smaller than 1 and at which the catalyst reaction layer 3a can be adjusted to an appropriate temperature is set. Here, in order to prevent a large amount of liquid water from being present in the subsequent process, a value slightly larger than the boiling point of the fluid is set as the predetermined temperature. Thus, the dryness of the steam can be determined with a simple configuration.
[0038]
As the dryness adjusting means, the fluid temperature is adjusted so that the temperature of the fluid flowing out of the refrigerant layer 3b is at least a predetermined value equal to or higher than the phase change temperature of the fluid. By adjusting the temperature of the fluid in this way, the dryness of the fluid can be appropriately adjusted.
[0039]
As described above, whether the dryness of the steam is appropriate is determined by detecting the steam temperature, and if it is determined that the steam is not appropriate, the dryness of the steam is adjusted by adjusting the steam temperature. This makes it possible to suppress the region where the degree of dryness of the water vapor in the refrigerant layer 3b is 1 in the refrigerant layer 3b with a simple configuration, and to stably stabilize the heat exchange characteristics. For example, by adjusting the steam temperature so that the detected temperature becomes the phase change temperature of the steam, the region where the dryness becomes 1 can be made zero.
[0040]
As a temperature control means, a flow control valve 2 for controlling the flow rate of steam flowing through the refrigerant layer 3b is provided. Thus, the dryness of the steam can be adjusted to a predetermined value with a simple configuration, and the heat exchange characteristics of the refrigerant layer 3b can be stabilized.
[0041]
In the catalyst reaction layer 3a, carbon dioxide and hydrogen are generated by a reaction between CO and water. That is, a shift reaction device is used as the CO reduction device 1. This makes it possible to appropriately adjust the temperature of the shift reaction and increase the reaction efficiency of the shift reaction.
[0042]
As the fluid flowing through the refrigerant layer 3b, steam as a raw material for producing a hydrogen-rich gas is allowed to flow in a gas-liquid two-phase state. As a result, the reaction heat generated in the catalytic reaction layer 3a is absorbed by the water vapor, which is a raw material for producing a hydrogen-rich gas, so that a means for dissipating the reaction heat is not required and the apparatus configuration can be simplified. In addition, the reaction heat in the CO reduction device 1 can be used as a part of the heat for generating the steam used for the reforming reaction, so that the thermal efficiency of the system can be improved.
[0043]
A catalytic reaction layer 3a capable of removing CO, and a refrigerant layer 3b through which a fluid, here, steam flows, and which can exchange heat with the catalytic reaction layer 3a. The dryness of the steam flowing through the refrigerant layer 3b is determined. , So that the refrigerant layer 3b is maintained at a temperature suitable for the reaction efficiency. Thereby, the degree of dryness can be adjusted so that the heat exchange characteristics of the refrigerant layer 3b can be stabilized, and the temperature of the catalytic reaction layer 3a can be adjusted such that the CO reduction efficiency is kept high.
[0044]
Next, a second embodiment will be described. Hereinafter, a description will be given focusing on portions different from the first embodiment.
[0045]
FIG. 4 shows a schematic configuration of the catalytic reaction device. In the first embodiment, a CO reduction device 1 including a shift reactor 3 is used as a catalytic reaction device, whereas a CO reduction device 7 including a selective oxidation reactor 6 is used here.
[0046]
The selective oxidation reactor 6 is composed of a catalytic reaction layer 6a and a refrigerant layer 6b arranged so as to be able to exchange heat therewith. In the catalyst reaction layer 6a, the selective oxidation reaction (2CO + O 2 → 2CO 2 ) Is charged with a catalyst to be activated. For example, the catalyst Ru / Al 2 O 3 Fill. The reaction temperature range and the type of catalyst are not limited to the above.
[0047]
The configuration of the hydrogen-rich gas system 15 in the CO reduction device 7 having such a configuration will be described.
[0048]
Hydrogen-rich gas generated by causing a reforming reaction in a fuel reformer (not shown) is supplied to a shift reactor (not shown), and the CO concentration is reduced to about 0.5% by the shift reaction. Thereafter, air as an oxidizing agent is mixed in by an air supply device, and then supplied to the catalytic reaction layer 6a of the selective oxidation reactor 6. Here, CO is reduced to about 10 ppm by causing a selective oxidation reaction accompanied by heat generation. The reaction heat generated at this time is absorbed by the refrigerant layer 6b, so that the catalyst reaction layer 6a is maintained at a predetermined temperature.
[0049]
The hydrogen-rich gas having a reduced CO concentration is supplied to a fuel cell (not shown) and used for a power generation reaction.
[0050]
On the other hand, the steam system 17 is the same as in the first embodiment. However, here, the pressure of the refrigerant layer 6b adjusted by the pressure reducing valve 5 is set lower than that of the first embodiment in order to make the temperature of the wet steam suitable as the refrigerant. For example, the pressure is increased to about 0.5 MPa, and the boiling point is set to about 150 ° C.
[0051]
Target value T 0 Is preferably the boiling point of water. However, in the present embodiment, a large amount of unvaporized water does not flow out in the subsequent process. 0 To a temperature slightly above the boiling point. Specifically, the temperature is set to 160 ° C.
[0052]
With this configuration, a temperature distribution as shown in FIG. 3 can be obtained as in the first embodiment.
[0053]
Next, effects of the present embodiment will be described. Hereinafter, only the effects different from those of the first embodiment will be described.
[0054]
In the catalytic reaction layer 6a, carbon dioxide is generated by the reaction between CO and oxygen. That is, a selective oxidation reaction device is used as the CO reduction device 7. Thereby, the temperature of the selective oxidation reaction can be appropriately adjusted, and the reaction efficiency of the selective oxidation reaction can be increased.
[0055]
Next, a third embodiment will be described. Hereinafter, a description will be given focusing on portions different from the second embodiment. In the second embodiment, the steam flow rate is adjusted in order to maintain the steam as wet steam, but here, the dryness of the steam in the refrigerant layer 6b is adjusted by adjusting the steam pressure.
[0056]
A CO reduction device 8 having a selective oxidation reactor 6 is used. FIG. 5 shows the configuration of the CO reduction device 8.
[0057]
Here, since the correction of the steam flow rate is not performed, the flow control valve 2 arranged on the upstream side of the refrigerant layer 6b is omitted. Further, a pressure control valve 10 is provided downstream of the refrigerant layer 6b instead of the pressure reducing valve 5. A temperature sensor 4 and a pressure sensor 9 are provided between the refrigerant layer 6b and the pressure control valve 10.
[0058]
The pressure of the steam is basically adjusted by the opening degree β of the pressure control valve 10 with a target value at which the temperature at which the wet steam becomes a temperature suitable for the refrigerant. Here, it is adjusted to, for example, 0.5 MPa. Since the flow rate of steam flowing in accordance with the required load changes, the basic opening degree β is set so that the refrigerant layer 6b is always about 0.5 MPa in accordance with the required load. 0 Set. However, the pressure of the refrigerant layer 6b is corrected according to the detected value T of the temperature sensor 4. This correction will be described with reference to the flowchart of FIG. When it is detected that there is a change in the required load, the pressure control valve 10 is set to the basic opening degree β corresponding to the required load. 0 And then start this flow.
[0059]
In step S11, the temperature detection value T of the steam discharged from the refrigerant layer 6b is read using the temperature sensor 4. In step S12, the pressure detection value P of the water vapor is read using the pressure sensor 9. Next, in step S13, the target pressure Pi for the detected temperature T is read. Here, the target value Pi is the saturation pressure of water at the detection value T, and is stored in advance. For example, a target value T in which the temperature detection value T is a predetermined temperature 0 (= 150 ° C.), the target value Pi of the pressure is 0.5 MPa, and there is no need for correction. On the other hand, when the detected value T is higher than the predetermined temperature, the target value Pi of the pressure becomes larger than 0.5 MPa, so that the pressure in the refrigerant layer 6b is increased in order to circulate the wet steam in the refrigerant layer 6b. It is necessary to correct the opening degree β of the pressure control valve 10 so that
[0060]
Therefore, in step S14, the detected value P is compared with the target value Pi obtained from the detected temperature T. In the case of P <Pi, it can be estimated that the steam dryness is 1, and at this time, the cooling efficiency of the steam may decrease and the temperature adjustment of the catalytic reaction layer 6a may be insufficient. There is. Therefore, the process proceeds to step S15, in which the pressure β of the refrigerant layer 6b is increased by decreasing the opening degree β of the pressure control valve 10. As described above, by increasing the pressure of the steam and adjusting it to the saturated steam pressure, the steam temperature can be adjusted to a predetermined temperature, here about 150 ° C. As a result, the dryness becomes smaller than 1, the steam can be composed of a two-phase state of a gas phase and a liquid phase, and the cooling performance of the steam can be maintained.
[0061]
On the other hand, in step S14, when P ≧ Pi, that is, when the steam is wet, it is determined that the steam temperature is appropriate as the refrigerant and the refrigerant performance can be maintained. That is, since the temperature of the catalyst reaction layer 6a can be sufficiently adjusted, the opening degree β of the pressure control valve 10 is changed to the basic opening degree β. 0 Keep it.
[0062]
By repeating such a control flow every time a load change occurs, it is possible to always allow wet steam having a dryness of less than 1 to flow in the refrigerant layer 6b. When the present flow is repeated every predetermined time (for example, every 10 msec), when the detection value P is compared with the target value Pi in step S14, when P> Pi, the opening β is determined. As the pressure increases, the pressure in the refrigerant layer 6b decreases. This can prevent an excessive liquid phase from being generated in the steam flow, and can secure steam used for the reforming reaction on the downstream side. When P = Pi, the degree of dryness of the steam in the refrigerant layer 6b is maintained at a value smaller than 1 by maintaining the opening degree β.
[0063]
By performing such control, a temperature distribution equivalent to that of the second embodiment can be obtained.
[0064]
Next, effects of the present embodiment will be described. Hereinafter, only the effects different from those of the second embodiment will be described.
[0065]
The dryness determining means compares the predetermined pressure determined according to the temperature of the fluid flowing out of the refrigerant layer 6b with the fluid pressure in the refrigerant layer 6b to determine the dryness of the fluid by the pressure comparing means (S14). Prepare. Further, a pressure adjusting valve 10 for adjusting the fluid pressure in the refrigerant layer 6b is provided as a dryness adjusting means. Here, the pressure target value Pi is obtained from the temperature detection value T detected by the temperature sensor 4, and the dryness of the steam is determined by comparing this with the pressure detection value P. By adjusting the steam pressure in accordance with the determination result, the dryness of the steam is adjusted to a predetermined value. Thus, even when the degree of freedom in adjusting the flow rate of steam is small, the dryness of steam can be adjusted to a predetermined value, and the heat exchange characteristics of steam can be stabilized. As a result, the CO reduction efficiency can be maintained high regardless of the operating conditions.
[0066]
In the present embodiment, the selective oxidation reactor 6 may be replaced with the shift reactor 3.
[0067]
Next, a fourth embodiment will be described. Hereinafter, a description will be given focusing on portions different from the second embodiment.
[0068]
FIG. 7 shows the configuration of the CO reduction device 11 used here. This embodiment is a case where the correction of the steam flow rate in the second embodiment and the correction of the steam pressure in the third embodiment are not performed. Here, by controlling the steam temperature, the dryness of the steam in the refrigerant layer 6b is maintained at a value smaller than 1.
[0069]
A heat exchanger 13 is provided for performing heat exchange between the hydrogen-rich gas flowing through the catalytic reaction layer 6a of the selective oxidation reactor 6 and steam before flowing through the refrigerant layer 6b. In addition, a three-way valve 12 is provided for setting a flow rate ratio of the water vapor generated by a water preheating device (not shown) to be circulated to the heat exchanger 13. A part of the steam supplied from the water preheating device (not shown) is supplied to the heat exchanger 13, and the other flows through a bypass that bypasses the heat exchanger 13 and joins on the downstream side of the heat exchanger 13, It is supplied to the selective oxidation reactor 6. On the downstream side of the refrigerant layer 6b of the selective oxidation reactor 6, a pressure reducing valve 5 is provided so that the pressure in the refrigerant layer 6b can be adjusted. In addition, a temperature sensor 4 is provided between the refrigerant layer 6b and the pressure reducing valve 5, so that the temperature of steam discharged from the refrigerant layer 6b can be detected.
[0070]
Next, the hydrogen-rich gas system 15 and the steam system 17 in the CO reduction device 11 having such a configuration will be described.
[0071]
The hydrogen-rich gas is supplied to the catalytic reaction layer 6a of the selective oxidation reactor 6 after air whose flow rate is adjusted by an air supply device (not shown) is mixed. In the catalyst reaction layer 6a, a selective oxidation reaction of CO occurs with heat generation. The hydrogen-rich gas flowing out of the catalytic reaction layer 6a flows through the hydrogen-rich gas flow path of the heat exchanger 13 and exchanges heat with steam flowing through the steam flow path before being supplied to the fuel cell.
[0072]
On the other hand, when the steam is generated by a water preheating device (not shown), it is supplied to the three-way valve 12. The three-way valve 12 is divided into a path in which steam passes through the heat exchanger 13 and a path in which the steam bypasses the heat exchanger 13. The steam passing through the heat exchanger 13 absorbs heat from the hydrogen-rich gas, merges with the wet steam bypassing the heat exchanger 13, and then flows into the refrigerant layer 6b. The three-way valve 12 sets the opening degree γ to 1 when the flow rate bypassing the heat exchanger 13 is zero, and sets the opening degree γ to 0 when the flow rate that does not bypass the heat exchanger 13 is zero. The opening degree γ of the three-way valve 12 is adjusted according to the value of the temperature of the combined steam detected by the temperature sensor 4.
[0073]
A method of correcting the opening degree γ of the three-way valve 12 will be described with reference to a flowchart shown in FIG. This flow is repeatedly performed at predetermined time intervals during a load transition period in which the operating load fluctuates, thereby maintaining the dryness of steam at a value smaller than 1. After the end of the operating load transition period, the opening γ of the three-way valve 12 is set to a predetermined opening according to the operating load.
[0074]
In step S21, the detection value T of the temperature sensor 4 is read. In step S22, the detected value T and the target value T 0 Compare with Here, the target value T 0 Is a temperature at which the dryness of steam does not become 1 and is suitable as a refrigerant. Target value T 0 Is preferably the boiling point of water. However, in this embodiment, since it is not desired to discharge a large amount of unvaporized water in the subsequent process, the target value T 0 Is slightly higher than the boiling point of water. Specifically, the pressure is increased by the pressure reducing valve 5, for example, 160 ° C., which is slightly higher than the boiling point at 150 MPa at about 0.5 MPa.
[0075]
In step S22, T <T 0 Is determined, the degree of dryness of the steam is small, and there is a possibility that a large amount of unvaporized water exists. Therefore, the process proceeds to step S23, and the opening degree γ is increased. Thereby, the ratio of the steam flowing through the heat exchanger 13 is increased, and the steam temperature is increased. As a result, unvaporized water can be reduced, and steam can be used for the fuel reforming reaction. This corresponds to, for example, a transition period in which the operating load increases.
[0076]
On the other hand, in step S22, T> T 0 Is determined, the dryness of the steam is 1 and the cooling performance of the steam is degraded. That is, the degree of superheat of the steam is excessive, and the temperature adjustment of the catalyst reaction layer 6a may be insufficient. Thus, the steam temperature is reduced by reducing the opening γ of the three-way valve 12 to reduce the ratio of the steam flowing through the heat exchanger 13. This corresponds to, for example, a transition period in which the operating load decreases.
[0077]
On the other hand, in step S22, T = T 0 If determined, the process proceeds to step S25. At this time, the state of the temperature and the degree of dryness of the steam flowing through the refrigerant layer 6b is determined to be appropriate, and the opening degree γ of the three-way valve 12 is maintained. This corresponds to, for example, a case where the fluctuation of the operation load is gentle.
[0078]
When the temperature of the steam flowing through the refrigerant layer 6b is adjusted by adjusting the opening degree γ of the three-way valve 12 as described above, the present flow ends. By repeatedly performing such control, the steam can be maintained at a temperature suitable for the refrigerant, and the dryness of the steam in the refrigerant layer 6b can be maintained smaller than 1.
[0079]
Note that the temperature distribution of the present embodiment can be shown in the same manner as in the second embodiment.
[0080]
Next, effects of the present embodiment will be described. Hereinafter, only portions different from the second embodiment will be described.
[0081]
Heating means for heating the fluid flowing into the refrigerant layer 6b is provided as a temperature adjusting means. Thereby, even when the degree of freedom in adjusting the flow rate and pressure of the fluid is small, the dryness of the fluid can be adjusted to a predetermined value, and the CO reduction efficiency is maintained by stabilizing the heat exchange characteristics of the refrigerant layer 6b. can do.
[0082]
Here, as the heating means, a heat exchanger 13 for performing heat exchange between the fluid flowing through the refrigerant layer 6b and the hydrogen-rich gas, and a three-way valve 12 for adjusting a rate at which the fluid bypasses the heat exchanger 13 are provided. Prepare. Thereby, the flow rate of steam flowing through the heat exchanger 13 can be adjusted, and the heating amount of steam can be adjusted to a predetermined value. As a result, the dryness of the steam can be reliably adjusted, so that the CO reduction efficiency can be maintained at a high efficiency.
[0083]
In the present embodiment, steam is used as the refrigerant, but other fluids may be used. For example, a hydrocarbon-based fuel that is a reforming raw material may be used. Alternatively, heat exchange may be performed between another refrigerant and the catalytic reaction layer 3a, and further heat exchange may be performed between the refrigerant and the reforming raw material.
[0084]
As described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a catalytic reaction device used in a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart of steam flow rate control in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an internal temperature distribution in the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a catalytic reaction device used in a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a catalytic reaction device used in a third embodiment.
FIG. 6 is a flowchart of steam flow rate control in a third embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a catalytic reactor used in a fourth embodiment.
FIG. 8 is a flowchart of water vapor flow rate control in a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
2 Flow control valve (flow control means)
3 shift reactor
3a Catalyst reaction layer
3b Refrigerant layer
6 Selective oxidation reactor
6a Catalyst reaction layer
6b Refrigerant layer
10 Pressure control valve (pressure control means)
12 Three-way valve (flow rate adjusting means)
13 heat exchanger (heat exchange means)
S2, S22: Temperature comparison means
S14: Pressure comparison means

Claims (11)

供給される反応ガスを用いて発熱反応を生じる触媒反応層と、
内部を流体が流通し、前記触媒反応層と熱交換可能な冷媒層と、
前記冷媒層を流通する流体の乾き度を判断する乾き度判断手段と、
前記乾き度の判断結果に基づいて、流体の乾き度を調節する乾き度調節手段と、を備えることを特徴とする燃料改質システム用触媒反応装置。
A catalytic reaction layer that generates an exothermic reaction using the supplied reaction gas,
A fluid circulates through the inside, a refrigerant layer capable of heat exchange with the catalyst reaction layer,
Dryness determination means for determining the dryness of the fluid flowing through the refrigerant layer,
And a dryness adjusting means for adjusting the dryness of the fluid based on the determination result of the dryness.
前記乾き度判断手段として、前記冷媒層から流出する流体温度と所定温度とを比較することにより流体の乾き度を判断する温度比較手段を備える請求項1に記載の燃料改質システム用触媒反応装置。2. The catalytic reformer for a fuel reforming system according to claim 1, further comprising a temperature comparison unit configured to determine a dryness of the fluid by comparing a temperature of the fluid flowing out of the refrigerant layer with a predetermined temperature as the dryness determination unit. 3. . 前記乾き度調節手段として、前記冷媒層から流出する流体温度が、少なくとも流体の相変化温度以上の所定値となるように、流体温度を調節する温度調節手段を備える請求項1または2に記載の燃料改質システム用触媒反応装置。3. The temperature controller according to claim 1, further comprising a temperature controller configured to adjust a temperature of the fluid such that a temperature of the fluid flowing out of the refrigerant layer has a predetermined value equal to or higher than a phase change temperature of the fluid. 4. Catalytic reactor for fuel reforming system. 前記温度調節手段として、前記冷媒層を流通する流体流量を調節する流量調節手段を備える請求項3に記載の燃料改質システム用触媒反応装置。4. The catalytic reactor for a fuel reforming system according to claim 3, further comprising a flow rate adjusting unit that adjusts a flow rate of a fluid flowing through the refrigerant layer as the temperature adjusting unit. 5. 前記温度調節手段として、前記冷媒層に流入する流体を加熱する加熱手段を備える請求項3に記載の燃料改質システム用触媒反応装置。4. The catalytic reactor for a fuel reforming system according to claim 3, further comprising a heating unit configured to heat the fluid flowing into the refrigerant layer, as the temperature control unit. 5. 前記加熱手段として、前記冷媒層を流通する流体と水素リッチガスとの間で熱交換を行う熱交換手段と、
前記流体が前記熱交換手段を迂回する割合を調節する流量割合調節手段と、を備える請求項5に記載の燃料改質システム用触媒反応装置。
As the heating unit, a heat exchange unit that performs heat exchange between the fluid flowing through the refrigerant layer and the hydrogen-rich gas,
The catalytic reaction device for a fuel reforming system according to claim 5, further comprising: a flow rate ratio adjusting unit that adjusts a ratio of the fluid that bypasses the heat exchange unit.
前記乾き度判断手段としては、前記冷媒層から流出する流体温度に応じて求めた所定圧力と、前記冷媒層内の流体圧力とを比較することにより流体の乾き度を判断する圧力比較手段を備え、
前記乾き度調節手段として、前記冷媒層内の流体圧力を調整する圧力調節手段を備える請求項1に記載の燃料改質システム用触媒反応装置。
The dryness determination means includes a pressure comparison means for determining a dryness of the fluid by comparing a predetermined pressure determined according to a temperature of the fluid flowing out of the refrigerant layer with a fluid pressure in the refrigerant layer. ,
2. The catalytic reactor for a fuel reforming system according to claim 1, further comprising a pressure adjusting unit that adjusts a fluid pressure in the refrigerant layer as the dryness adjusting unit. 3.
前記触媒反応層において、一酸化炭素と水の反応により二酸化炭素と水素を生成する請求項1から7のいずれか一つに記載の燃料改質システム用触媒反応装置。The catalyst reaction device for a fuel reforming system according to claim 1, wherein carbon dioxide and hydrogen are generated by a reaction between carbon monoxide and water in the catalyst reaction layer. 前記触媒反応層において、一酸化炭素と酸素との反応により、二酸化炭素を生成する請求項1から7のいずれか一つに記載の燃料改質システム用触媒反応装置。The catalyst reaction device for a fuel reforming system according to any one of claims 1 to 7, wherein in the catalyst reaction layer, carbon dioxide is generated by a reaction between carbon monoxide and oxygen. 前記冷媒層を流れる流体として、水素リッチガスの生成原料となる水蒸気を気液二相状態で流通させる請求項1から9のいずれか一つに記載の燃料改質システム用触媒反応装置。The catalytic reactor for a fuel reforming system according to any one of claims 1 to 9, wherein steam serving as a raw material for generating a hydrogen-rich gas is circulated in a gas-liquid two-phase state as a fluid flowing through the refrigerant layer. 一酸化炭素を除去可能な触媒反応層と、
内部を流体が流通し、前記触媒反応層と熱交換可能な冷媒層と、を備え、
前記冷媒層を流通する流体の乾き度を、前記冷媒層が反応効率に適した温度に維持されるように調節することを特徴とする燃料改質システム用触媒反応装置。
A catalytic reaction layer capable of removing carbon monoxide,
A fluid circulates through the inside, comprising a refrigerant layer capable of heat exchange with the catalyst reaction layer,
A catalytic reactor for a fuel reforming system, wherein a degree of dryness of a fluid flowing through the refrigerant layer is adjusted so that the refrigerant layer is maintained at a temperature suitable for reaction efficiency.
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